Секвенирование - это определение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. У нас есть всего 4 типа нуклеотидов: аденин, тимин, гуанин и цитозин. То есть секвенированный фрагмент ДНК выглядит примерно так: ...АТГЦЦАТААТГЦ...
Зачем это нужно?
Каждая аминокислота (их около 20, ну кто-то выделяет 21 или 22, но мы будем считать, что их 20) кодируется 3 нуклеотидами (триплетами или кодонами), см. рисунок. Таким образом, зная последовательность ДНК мы можем предсказать первичную (а может быть еще вторичная, третичная и четвертичная, но об этом в другой раз) структуру белка. Такое понимание очень важно и служит основой для науки - протеомики (наука о структуре и функциях различных белков).
На сегодняшний день секвенированы тысячи геномов живых организмов. Первоначально секвенированные геномы были относительно небольшими, так как технологии были крайне несовершенны. Первый секвенированный геном был получен из бактериофага бактерии E. coli, он составлял всего 5375 пар нуклеотидов. Для сравнения человеческий геном содержит около 3'099'734'149 пар нуклеотидов.
В 1977 году секвенировали геном бактерии Haemophilus influenzae (она же гемофильная палочка, содержит 1,8 млн п.н.)
в 1995 году секвенировали геном самой бактерии E. coli (она же кишечная палочка, содержит 4,6 млн п.н.).
Первый геном позвоночных был секвенирован в 2003. Этим позвоночным был человек, нам не так сильно важна история, давайте сконцентрируемся на том, как это устроено.
Метод дробовика
Суть метода в том, что мы физически разрушаем ДНК путем применения звуковых волн или путем проталкивания ДНК через узкую трубку с использованием сжатого газа (распыление) или с использованием гидродинамического сдвига. ДНК при этом разлетается на мелкие фрагменты, затем эти мелкие фрагменты мы вставляем в плазмиды и клонируем в клетки бактерий. А далее производим секвенирование дидезоксинуклеотидным методом. Используя этот подход, был секвенирован геном человека, что обошлось в 2,7 миллиарда долларов. Дороговато, не находите? Поэтому на сегодняшний день уже разработаны более дешевые методы, о них, а также о старом добром дидезоксинуклеотидном методе у нас есть целая статья.
Зачем проводить секвенирование?
Зная информацию о геноме, можно лучше разобраться в биохимии и физиологии микроорганизмов, в том числе патогенных. Это позволит разработать новые подходы к лечению заболеваний. Также секвенирование генома позволяет ответить на такие вопросы: что делает бактерию патогенной? Почему некоторые штаммы вируса гриппа более вирулентны, чем другие? Как микроорганизмы кишечника человека влияют на его восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Также секвенирование поможет нам понять эволюционные процессы, помочь в сложных вопросах систематики животных и растений. Мы сможем, наконец, получить ответы на такие вопросы: как появилась многоклеточность? Какими были древние люди (например, путем сравнения геномов современного человека и генома неандертальца)? Чем мы отличаемся друг от друга?